Tài liệu Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tác tơ điện xoay chiều 3 pha pdf

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế công tác tơ điện
xoay chiều 3 pha














Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

1

LỜI NÓI ĐẦU.
Để đánh giá sự phát triển kinh tế của một số quốc gia chúng ta thường
dựa vào trong tiêu chuẩn kinh tế rất quan trọng đó là sự phát triển nền công
nghiệp quốc gia, đặc biệt là ngành điện. Điện năng là nguồn năng lượng quan
trọng được sử dụng rộng rãi hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân.
Một ngành cung cấp năng lượng phụ
c vụ cho sản xuất và sinh hoạt của con
người. Ở đây chúng ta đi sâu vào tìm hiểu một bộ phận trong cơ cấu thiết bị
khá quan trọng trong điều khiển quá trình sản xuất biến đổi truyền tải phân
phối năng lượng.
Khí cụ điện là những thiết bị dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh
và bảo vệ các lướ
i điện, mạch điện, máy điện và các máy móc sản xuất. Ngoài
ra nó còn được dùng để kiểm tra và điều khiển các quá trình năng lượng khác.
Khí cụ điện được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy điện, các trạm biến
áp, trong các xí nghiệp công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy sản, giao
thông vận tải… Do đó việc sử dụng điện năng trong công nghiệp cũng như
trong đời số
ng không thể thiếu các loại khí cụ điện.
Khí cụ điện có rất nhiều loại tùy theo chức năng và nhiệm vụ. Có thể
chia ra làm các loại chủ yếu sau đây:
+ Nhóm các khí cụ điện phân phối năng lượng điện áp cao: máy ngắt, dao
cách ly, kháng điện, biến dòng, biến áp.
+ Nhóm các khí cụ điện phân phối năng lượng điện áp thấp như: máy tự
động, các bộ phận đầu nối( cầu dao, công tắc xoay), cầu chì…
+ Nhóm các rơ le: rơ le bảo vệ, rơ le dòng, rơ le áp, rơ le công suất, rơ le
nhiệt…
+ Nhóm các khí cụ điện điều khiển: công tắc tơ, khởi động từ …
Khi nền công nghiệp càng phát triển, hiện đại hóa cao thì càng cần thiết

phải có các loại khí cụ điện tốt hơn, hoàn hảo hơn. Các loại khí cụ điện còn
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

2
phải đòi hỏi khả năng tự động hóa cao. Chính vì vai trò quan trọng của khí cụ
điện nên việc nghiên cứu các phương pháp tính toán, thiết kế các khí cụ điện
là một nhiệm vụ quan trọng và phải có sự đầu tư đúng mức để ngày càng
được phát triển và hoàn thiện hơn.
Trong quá trình học tập tại trường em đã nhận được sự giúp đỡ và chỉ
bảo tận tình của các thầ
y cô giáo trong bộ môn Thiết bị điện. Đặc biệt là sự
hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo: Nguyễn Văn Đức. Nhờ đó em đã thiết kế
tính toán loại khí cụ điện mà hiện nay đang có nhu cầu sử dụng rất nhiều và
rộng rãi, đó là: “Công tắc tơ xoay chiều ba pha”. Bản thuyết minh này sẽ trình
bày việc thiết kế công tắc tơ điệ
n xoay chiều ba pha với các chỉ số sau:
Điện áp định mức U
đm
= 400 (V).
Dòng điện định mức I
đm
= 60 (A).
Điện áp điều khiển U
đk
= 380 (V).
Dòng điện định mức phụ I
ph
= 5 (A).
Dòng điện ngắt I
ngắt

= 4I
đm
.
Dòng điện đóng I
đóng
= 4I
đm
.
Tần số f= 50 (HZ).
Tuổi thọ N=10
5
làm việc liên tục, cách điện cấp A
Số lượng tiếp điểm: 3 tiếp điểm chính thường mở.
2 tiếp điểm phụ thường đóng.
2 tiếp điểm phụ thường mở.
Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
1. Phân tích phương án, chọn kết cấu thiết kế.
2. Tính mạch vòng dẫn điện.
3. Tính và dựng đặng tính cơ.
4.
Tính toán nam châm điện.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

3
5. Chọn buồng dập hồ quang.
Kem theo bản thuyết minh gồm các bản vẽ sau:
+ Bản vẽ tổng lắp ráp A
o
: 01 bản.
+ Bản vẽ chi tiết A

1
: 02 bản.
+ Bản vẽ các đường đặc tính A
1
: 01 bản.
Mặc dù đã rất tập trung để hoàn thành bản thuyết minh, song do còn
thiếu kinh nghiệm trong việc thiết kế nên quá trình làm đề tài chắc không
tránh khỏi những sai sót. Vậy em rất mong được sự góp ý của các thầy cô
giáo trong bộ môn Thiết bị Điện - Điện tử để bản thuyết minh của em được
hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thiết kế.














Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

4

PHẦN I: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN- CHỌN KẾT CẤU
THIẾT KẾ.
A.KHÁI NIỆM CHUNG.
I
.KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TẮC TƠ:
Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng ngắt thường xuyên các mạch
điện động lực, từ xa bằng tay hay tự động.
Việc đóng ngắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng điện từ,
thủy lực hay khí nén. Trong đó công tắc tơ điện từ được sử dụng nhiều hơn
cả.
II.PHÂN LOAI:

1. Theo nguyên lý truyền động người ta chia công tắc tơ thành các loạisau:
+ Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng điện từ.
+ Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng thủy lực.
+ Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng khí nén.
+ Công tắc tơ không tiếp điểm.
2. Theo dạng dòng điện trong mạch:
+ Công tắc tơ đi
ện một chiều dùng để đóng ngắt mạch điện một chiều.
Nam châm điện của nó là nam châm điện một chiều.
+ Công tắc tơ điện xoay chiều dùng để đóng ngắt mạch điện xoay
chiều. Nam châm điện của nó là nam châm điện xoay chiều.
Ngoài ra trên thực tế còn có loại công tắc tơ sử dụng để đóng ngắt mạch điệ
n
xoay chiều, nhưng nam châm điện của nó là nam châm điện một chiều.
III. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI CÔNG TẮC TƠ:
Công tắc tơ phải đóng dứt khoát, tin cậy phải đảm bảo độ bền nhiệt
nghĩa là nhiệt độ phát nóng của công tắc tơ nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ phát

nóng cho phép: θ ≤ [θ
cp
].
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

5
Khi tính toán, thiết kế công tắc tơ thường phải đảm bảo lúc điện áp
bằng 85% U
cd
thì phải đủ sức hút và lúc điện áp bằng 110% U
cd
thì cuộn dây
không nóng quá trị số cho phép và công tắc tơ vẫn làm việc bình thường.
Đảm bảo độ bền điện động: độ bền điện động được xác định bằng số
lần đóng ngắt tối thiểu mà sau đó cần thay thế hoặc sửa chữr các tiếp điểm bị
ăn mòn khi có dòng điện chạy qua tiếp điểm.
Đảm bảo độ mòn v
ề điện đối với công tắc tơ tiếp điểm, trong ngày nay những
loại công tắc tơ hiện đại độ mòn về điện từ (2÷3).10
6
lần đóng ngắt.
Đảm bảo độ bền về cơ: độ mòn về cơ được xác định bằng số lần đóng
ngắt tối đa mà chưr đòi hỏi phải thay thế hoặc sửa chữ các chi tiết khi không
có dòng điện tiếp điểm. Ngày nay các công tắc tơ hiện đại độ bền cơ khí đạt
2.10
7
lần đóng ngắt.
IV.CẤU TẠO CỦA CÔNG TẮC TƠ:
Công tắc tơ điện từ bao gồm những thành phần chính sau:
Hệ thống mạch vòng dẫn điện.

Cơ cấu điện từ.
Hệ thống dập hồ quang.
Hệ thống phản lực.
V.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÔNG TẮC TƠ:
Khi đưa dòng điện vào cuộn dây của nam châm đi
ện sẽ tạo ra từ thông
Φ và sinh ra lực hút điện từ F
đt
. Do lực hút điện từ lớn hơn lực phản lực làm
cho nắp của nam châm điện bị hút về phía mạch từ tĩnh. Các tiếp điểm thường
mở của công tắc tơ được đóng lại. Mạch điện thông.
Khi ngắt dòng điện của cuộn dây nam châm thì lực hút điện từ F
đt
=0
dưới tác dụng của hệ thống lò xo sẽ đẩy phần động trở về vị trí ban đầu. Các
tiếp điểm của công tắc tơ mở, hồ quang phát sinh ở tiếp điểm chính sẽ được
dập tắt trong buồng dập hồ quang. Mạch điện ngắt.
B. PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN CHỌN KẾT CẤU:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

6
Để có một kết cấu hợp lý và phù hợp với điều kiện công nghệ cho công
tắc tơ thiết kế. Ta tiến hành khảo sát một số loại công tắc tơ của một số nước
đang sử dụng ở Việt Nam:
+ Công tắc tơ của Việt Nam.
+ Công tắc tơ của Liên xô.
+ Công tắc tơ của Nhật.
+ Công tắc tơ của Hàn Quốc.
+ Công tắc t
ơ của Trung Quốc.

Sau khi tham khảo về cơ bản công tắc tơ của các nước đều giống nhau. Từ đó
em có nhận xét sau:
I. MẠCH TỪ:
Trong tất cả các loại công tắc tơ của các nước nói trên người ta đều sử
dụng mạch từ chữ ш có cuộn dây được đặt ở giữa, trên hai cực từ người ta
đặt vòng chống rung.
Loại này có ưu điểm: L
ực hút điện từ lớn và được phân bố đều nên làm việc
chắc chắn và tin cậy.
Các loại kiểu hút trong mạch từ: có 2 loại.
1. Hút thẳng:
Ưu điểm: có cấu tạo đơn giản dễ tháo lắp, nhỏ gọn nên kích thước của
công tắc tơ nhỏ và gọn. Từ thông rò không đổi khi chuyển động, lực hút điện
từ lớn.
Nhược điểm: không s
ử dụng được với dòng điện lớn vì độ mở của tiếp
điểm bằng độ mở của nam châm điện. Nên nếu dùng cho dòng điện lớn thì độ
mở của tiếp điểm lớn dẫn đến nam châm điện hóa. Khi đó kích thước của
công tắc tơ sẽ lớn dẫn đến hay bị rung động.
2. Hút quay:
Ưu điểm: có cấ
u tạo đơn giản, độ mở tiếp điểm lớn nên sử dụng cho
các loại công tắc tơ có dòng điện lớn.
Nhược điểm: vì do cấu tạo của loại này là có hệ thống cánh tay đòn nên
khó chế tạo và tháo lắp, kích thước công tắc tơ lớn.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

7
II. TIẾP ĐIỂM:
Do mạch từ kiểu hút thẳng nên ta chọn tiếp điểm có dạng bắc cầu một

pha hai chỗ ngắt.
Kiểu này có ưu điểm: vì ta chọn như vậy bởi chỗ ngắt trong mạch là hai
nên có khả năng ngắt nhanh, chịu được và dễ dập hồ quang. Đồng thời giảm
hành trình chuyển động dẫn đến giảm kích thước của công tắc tơ
. (như hình
vẽ).
Trong đó:
1. Thanh dẫn tĩnh
2. Thanh dẫn động.
3. Tiếp điểm động.
4. Tiếp điểm tĩnh
2
3
4
1
III. BUỒNG DẬP HỒ QUANG:
Buồng dập có tác dụng giúp ta dập tắt hồ quang nhanh nên phải đảm
bảo các yêu cầu sau:
+ Đảm bảo khả năng đóng và ngắt: nghĩa là phải đảm bảo giá trị dòng
điện ngắt ở điều kiện cho trước.
+ Thời gian cháy hồ quang nhỏ, vùng iôn hóa nhỏ. Nếu không có thể
chọc thủng cách điện trong buồng dập hồ quang.
+ Hạn chế ánh sáng và âm thanh.
Do tác dụng của hồ quang là rất nguy hiểm nên ta cần phải có biện pháp
nhanh chóng dập hồ quang.
Đối với công tắc tơ xoay chiều có hai phương án dập hồ quang chủ yếu là:
+ Dùng cuộn thổi từ có buồng dập là khe hở hẹp.
+ Dùng buồng dập kiểu dàn dập.
Phương pháp thứ nhất có khả năng dập hồ quang rất tốt song kết cấu phức
tạp, thường dùng cho các loại công tắc tơ

có dòng điện lớn làm việc ở chế độ
nặng và trung bình.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

8
Phương pháp thứ hai có kết cấu đơn giản dễ chế tạo, nhưng khả năng dập hồ
quang kém hơn phương pháp thứ nhất. Nó được dùng cho công tắc tơ có dòng
điện không lớn lắm.
Như vậy ở đây ta thiết kế công tắc tơ có U
đm
=400 (V); I
đm
=60 (A) . Ta
sẽ chọn buồng dập hồ quang là buồng dập kiểu dàn dập được làm từ vật liệu
sắt ít cacbon. Loại này có kết cấu đơn giản dễ chế tạo và đơn giản trong tính
toán và đảm bảo khi làm việc.

IV. NAM CHÂM ĐIỆN:
Nam châm điện có vai trò rất quan trọng, nó quyết định đến tính năng
làm việc và kích thước của toàn bộ công tắc tơ.
Nam châm điện dạ
ng chữ ш hút chập từ thông không rò. Có từ thông không
đổi trong quá trình nắp chuyển động, từ dẫn khe hở không khí lớn, lực hút
điện từ lớn đặc tính của lực hút điện từ gần với đặc tính cơ phản lực của loại
công tắc tơ xoay chiều. Sử dụng kiểu này ta dễ dàng sử dụng tiếp điểm kiểu
hai chỗ ngắt.
Trên thực tế
và theo tham khảo với công tắc tơ xoay chiều có dòng định
mức I
đm

<100 (A) người ta thường chọn mạch từ có dạng chữ ш kiểu hút thẳng
có đặc tính hút gần với đặc tính phản lực đồng thời đơn giản hơn trong quá
trình tính toán và chế tạo.
Kết Luận:
Qua phân tích ở trên để phù hợp với yêu cầu và kỹ thuật. Vậy em chọn kiểu
dáng kết cấu cho công tắc tơ mà em thiết kế là:
Mạch từ: chữ ш.
Kiểu hút: hút thẳ
ng.
Tiếp điểm: một pha hai chỗ ngắt.
Buồng dập hồ quang: kiểu dàn dập.
Hệ thống phản lực: 3 lò xo tiếp điểm chính.
2 lò xo nhả.
2 lò xo tiếp điểm phụ.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

9
Vỏ: nhựa cứng.
Từ các yếu tố đã chọn ở trên ta có kiểu dáng công tắc tơ mà em thiết kế như
hình vẽ:

Trong đó:
1: Lò xo nhả
2: Nam châm điện.
3: Tiếp điểm tĩnh.
4: Buồng dập hồ quang.
5: Tiếp điểm động.
6: Nắp nam châm điện.
7: Cuộn dây.
C. CHỌN KHOẢNG CÁCH CÁCH ĐIỆN.

Khoảng cách cách điện đóng một vai trò rất quan trong ảnh hưởng tơi
kích thước của công tắc tơ và mức độ vận hành sao cho an tòan. Khoảng cách
điện phụ thuộc vào các yếu t
ố sau:
Điện áp định mức.
Môi trường làm việc.
Quá trình dập tắt hồ quang.
Ta có thể xác định khoảng cách cách điện theo các phương pháp sau:
+ Theo độ bền làm việc pha.
+ Theo độ bền điện các phần tử mạng điện so với đất.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

10
+ Theo chế độ bền điện ngay trong nội tại của công tắc tơ đối với các
phần tử mang điện.
Nếu ta chọn khoảng cách quá nhỏ thì dễ xảy ra phóng điện, nếu chọn khoảng
cách lớn sẽ tăng kích thước công tắc tơ.
Đối với các pha với nhau điện áp lớn hơn điện áp giữa các pha phần tử
mang điện đối v
ới đất, hơn nữa vỏ của các công tắc tơ được làm bằng nhựa
cứng, do đó cách điện với đất tốt, làm việc hoàn toàn an toàn.
Do đó cách điện giữa các pha trong công tắc tơ là quan trọng nhất, vì vậy
ta phải xác định khoảng cách này.
Nếu ta chọn khoảng cách cách điện theo phương pháp (độ bền điện giữa
các pha) nếu khoảng cách này thoả mãn thì dẫn đến hai phương pháp kia c
ũng
đảm bào an toàn khi làm việc.
Chúng ta chọn khoảng cách cách điện tối thiểu theo bảng (1-2)/14-
quyển1 với:
U

đm
= 400 (V) ta có : l
cđ
≥ 5 (mm)
Nên ta chọn l
cđ
= 10 (mm), l
rò
= 30 (mm).
Khi chọn khoảng cách cách điện nó còn phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của
vật liệu, bụi, độ bẩn, trạng thái bề mặt cách điện giữa các pha. Vì vậy khi thiết
kế hình dạng cấu trúc của cách điện sao cho khi vận hành bụi bẩn không phủ
lên chúng.
Vậy để giảm kích thước của công tắc tơ và loại trừ khả năng bụi bẩn nên
chọn k
ết cấu của cách điện dạng gờ, mái bật như hình vẽ :

l
c®

l
rò
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

11




PHẦN II: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN.

Mạch vòng dẫn điện của công tắc tơ bao gồm: Thanh dẫn, hệ thống tiếp
điểm và các đầu nối.
Yêu cầu cơ bản của mạch vòng dẫn điện:
+ Đảm bảo độ bền cơ, độ bền động và độ bền nhiệt.
+ Khi làm việc ở chế độ dài hạn với I
đm
nhiệt độ phát nóng cho phép của
mạch vòng không vượt quá nhiệt độ cho phép. Khi làm việc ở chế độ ngắn
mạch trong khoảng thời gian cho phép, mạch vòng phải chịu được lực điện
động do vòng ngắn mạch gây ra mà các tiếp điểm không bị nóng chảy và hàn
dính lại.
+Trong quá trình đóng ngắt mạch điện thường xuyên cũng như có sự cố, xuất
hiện sự va đập cơ khí và rung động. Mạ
ch vòng dẫn điện phải đảm bảo độ bền
vững hoạt động tin cậy và đảm bảo tuổi thọ.
Khi thiết kế mạch vòng dẫn điện phải có điện trở nhỏ nhất, để giảm tối
thiểu tổn hao công suất trên nó và dẫn điện tốt.
Mạch vòng dẫn điện trong công tắc tơ cần thiết kế bao gồm hai m
ạch vòng
riêng biệt:
Mạch vòng dẫn điện chính
Mạch vòng dẫn điện phụ.
A. MẠCH VÒNG DẪN ĐIỆN CHÍNH:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

12

Trong đó:
1: Lò xo tiếp điểm chính.
2: Thanh dẫn động.
3: Tiếp điêm động.
4: Vít đầu nối.
5: Thanh dẫn tĩnh.
6: Tiếp điểm tĩnh.
I. THANH DẪN:
Thanh dẫn công tắc tơ gồm: Thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh, trên
thanh dẫn động có gắn tiếp điểm động còn trên thanh dẫn tĩnh có gắn tiếp
điểm tĩnh.
Thanh dẫn tĩnh phải có kích thước lớn hơn thanh dẫn động vì nó có gia
công bắt vít nối với hệ thống bên ngoài và chịu lực va đập cơ khí của phần
động.
I.1 TÍNH TOÁN THANH DẪN ĐỘNG:
1. Chọn vật li
ệu để thanh dẫn:
Để thanh động dẫn điện tốt và đảm bảo độ bền cơ ta chọn vật liệu có
điện trở suất càng nhỏ càng tốt và có độ bền cơ cao.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

13
Theo bảng (2 – 13)- quyển 1 ta chọn vật liệu thanh dẫn động là đông kéo
nguội có tiết diện hình chữ nhật ký hiệu MI – TB có các thông số kỹ thuật
sau:
θ = 1083 (
o
C) : Nhiệt độ nóng chảy.
ρ
20

= 0,01741.10
-3
(Ωmm) : Điện trở suất 20
o
C.
α = 0,0043 (1/
o
C) : Hệ số nhiệt điện trở
λ = 3,9 (W/cm
o
C) : Độ dẫn điện.
γ = 8,9 (g/cm
3
) : Khối lượng riêng.
H
B
= 80 ÷ 120 (kg/mm
2
) : Độ cứng Brinen.
[θ
cp
] = 95
o
C : Nhiệt độ phát nóng cho phép.
Chọn thanh dẫn động có tiết diện dạng chữ nhật với kích thước là a, b như
hình vẽ:

2. Tính toán thanh dẫn làm việc ở chế độ dài hạn.
Xác định kích thước a, b: Theo công thức (2 – 6)– quyển 1 ta có:

3
®«T
f
2
.k).1+n(n.2
k I
=b
τ
ρ
θ

Trong đó:
I
đm
= 60 (A): Dòng điện định mức.
n =
a
b
= (4 ÷ 10) : tỷ số giữa hai cạnh.
Chọn n = 6.
k
f
: Hệ sổ tổn hao phụ đặc trưng cho tổn hao bởi hiệu ứng bề mặt và
hiệu ứng gần.
Theo trang 18 quyển 1 ta có: k
f
= (1,03 ÷ 1,06).
Ta chọn k
f
= 1,04

k
T
: Hệ số toả nhiệt ra không khí.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

14
Theo bảng (6 - 5)– quyển 1 ta có: k
T
= (6 ÷ 9) (W/m
2o
C)
Chọn k
T
= 6 (W/m
2 o
C) = 6.10
-6
(W/mm
2o
C).
τ
ôđ
= [θ] – θ
môi trường
: Độ tăng nhiệt độ ổn định.
Với [
θ] = 95
o
C : Nhiệt độ phát nóng cho phép của của thanh dẫn.

θ
môi trường
= 40
o
C: Nhiệt độ môi trương.
Nên
τ
ôđ
= 95 – 40 = 55
o
C.
ρ
θ
: Điện trở suất vật dẫn ở nhiệt độ phát nóng cho phép.
Ta có:
ρ
θ
= ρ
20
. [1 + α. ( [θ] – 20) ] (Ωmm).
Theo bảng (6 – 2)– quyển 1 ta có:
ρ
20
= 0,01741.10
-3
(Ωmm).
α = 0,0043 (1/
o
C): Hệ số nhiệt điện trở.
Vậy điện trở suất của thanh dẫn ở nhiệt độ phát nóng cho phép :

ρ
θ
= 0,01741.10
-3
.

[1 + 0,0043. (95 – 20)] = 0,023.10
-3
(Ωmm ).
Nên ta có:
b =
).mm(45,1=
55.10.6).1+6(.6.2
04,1.10.023,0.60
3
6
32
-
-

Ta có tỷ số:
b
a
= 6 → a = 6.b = 6.1,45 = 8,7 (mm).
Vậy kích thước thanh dẫn tối thiểu là:
a = 8,7 (mm).
b = 1,45 (mm).
Mặt khác thanh dẫn ngoài việc dẫn điện tốt thì nhiệt độ phát nóng của nó
không vượt quá trị số cho phép và thanh dẫn còn phải đủ lớn để gắn tiếp điểm
lên trên.

Vậy kích thước của thanh dẫn còn phụ thuộc vào đường kính của tiếp điểm.
Theo bảng (2 - 15)– quyển 1: Với I
đm
= 60 (A) ta có
d
tđ
= (16 ÷ 20) (mm) : đường kính tiếp điểm.
h
tđ
= (1,4 ÷2,5) (mm): chiều cao tiếp điểm.
Chọn đường kính tiếp điểm: d
tđ
= 14 (mm).


Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

15
Nên chiều dài thanh dẫn a = 14+ (1÷2)
Vậy ta chọn kích thước của thanh dẫn động như sau:
a= 16 (mm).
b= 1,5 (mm).
3. Kiểm nghiệm lại thanh dẫn.
3.1 Tính toán kiểm nghiệm lại thanh dẫn ở chế độ dài hạn:
a. Mật độ dòng điện dài hạn:
J
tđ
=
I
S

(A/mm
2
).
Trong đó:
I = I
đm
= 60 (A): Dòng điện định mức.
S = S
tđ
= a. b = 1,5. 16= 24 (mm
2
): Tiết diện thanh dẫn.
Vậy mật độ dòng điện của thanh dẫn:
J
tđ
=
24
60
= 2,5 (A/mm
2
)
So sánh J
tđ
< [J
tđ
] = 4 (A/mm
2
) là phù hợp.
b.Tính toán nhiệt độ thanh dẫn ở chế độ làm việc dài hạn:
Theo công thức (2- 4)/18 - Quyển 1 ta có:

S.P =
)(.k
k) +1( I
mttd.t
ftdo
2
.m®
θ-θ
θαρ

θ
tđ
=
αρ-
θρ
.k Ik.P.S
.k.P.S+k I
fo
2
m®T
mtTfo
2
m®
(
o
C).
Trong đó:
θ
tđ
: Nhiệt độ phát nóng ổn định thanh dẫn.

I
đm
= 60 (A): Dòng điện định mức.
k
f
= 1,04: Hệ số tổn hao phụ.
S = 24 (mm
2
): Tiết diện thanh dẫn.
P = 2. (a + b) = 2. (16+1,5 )= 35 (mm): Chu vi thanh dẫn.
θ
mt
= 40 (
o
C): Nhiệt độ môi trường.
ρ
0
- Điện trở suất vật liệu ở 0
0
C.
Ta có :
ρ
20
= ρ
0
. (1 + α
20
)

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

16
Mà ρ
0
=
20.+1
20
α
ρ
=
20.0043,0+1
10.01741,0
3
= 0,016.10
-3
(Ωmm).
Nên nhiệt độ phát nóng của thanh dẫn :
θ
tđ
=
0043,0.04,1.10.016,0.6010.6.35.24
40.10.6.35.24+04,1.10.016,0.60
326
632


-
= 54,68 (
o
C)

θ
tđ
= 54,1 (
o
C)
Vậy ta so sánh với nhiệt độ cho phép :
θ
tđ
< [θ
cp
] = 95
o
C là thích hợp.
3.2 Tính toán kiểm nghiệm thanh dẫn ở chế độ làm viêc ngắn hạn:
Tính mật độ dòng điện trong thanh dẫn khi xảy ra ngắn mạch với các
thời gian ngắn mạch khác nhau.
Theo công thức (6 – 21)– quyển 1 ta có:
J
nm
2
. t
nm
= A
nm
– A
đ

J
nm
=

A
nm
- A
®
t
nm
(A/mm
2
).
Trong đó:
J
nm
= J
bn
: Mật độ dòng điện khi ngắn mạch và khi ở dòng bền nhiệt.
t
nm
= t
bn
: Thời gian ngắn mạch, bền nhiệt.
A
bn
, A
đ
: Giá trị hằng số tích phân ứng với nhiệt độ bền nhiệt và nhiệt độ
đầu.
Nhiệt độ bền nhiệt của thanh dẫn là: 300 (
o
C).
Tra đồ thị (6 – 6)– quyển 1 ta được:

θ
bn
= 300 (
o
C) → A
nm
= 4.10
4
(A
2
S/mm
4
).
θ
đ
= 95 (
o
C) = 1,7.10
-4
(A
2
S/mm
4
).
Ta có: A
nm
– A
đ
= 4.10
4

– 1,7.10
4
= 2,3.10
4
(AS/mm
4
).
Với các thời gian ngắn mạch khác nhau ta có:
t
nm
= 3 (s) → J
nm
= 87,56 (A/mm
2
)
t
nm
= 4 (s) → J
nm
= 75,83 (A/mm
2
)
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

17
t
nm
= 10 (s) → J
nm
= 47,96 (A/mm

2
)
So sánh với mật độ dòng điện bền nhiệt cho phép đối với thanh dẫn đồng ở
bảng (6 – 7)- quyển 1 ta có bảng sau:
T
nm
(S) 3 4 10
[J
nm
] (A/mm
2
) 94 82 51
J
nmtt
(A/mm
2
) 87,56 75,83 47,96
Như vậy: J
nm
< [J
nm
] nên ở chế độ ngắn mạch thanh dẫn vẫn đảm bảo làm
việc tốt và tin cậy.
Kết luận: Vậy kích thước đã chọn và tính toán a= 16 (mm).
b=1,5 (mm).
thì mật độ làm việc trong chế độ làm việc dài hạn và ngắn hạn hoàn toàn thoả
mãn yêu cầu về kỹ thuật.
I.2 TÍNH TOÁN THANH DẪN TĨNH:
Khi làm việc thanh dẫn tĩnh cũng chịu một dòng điện như thanh dẫn
động. Như ta đã nói ở trên còn cần phải có độ bền về cơ để gia công lỗ sắt vít

đầu nối và chịu va đập cơ khí khi đóng ngắt mạch điện.

Vì vậy ta chọn kích thước thanh dẫn tĩnh lớn hơn kích thước thanh dẫn động.
Ta chọn kích thước thanh dẫn tĩnh như sau:
a = 20 (mm)
b = 2 (mm)
Mật độ dòng điện thanh dẫn tĩnh là:
J
t
=
I
S
t
=
40
60
= 1,5 (A/mm
2
).
Trong đó:
S
t
= a.b = 20. 2 = 40 (mm
2
): Tiết diện thanh dẫn tĩnh.
I = I
đm
= 60 (A): Dòng điện định mức.
Vậy J
t

= 1,5 (A/mm
2
) < [J
cp
] = 4 (A/mm
2
) là phù hợp với yêu cầu kỹ thuật.
Như vậy kích thước thanh dẫn tĩnh là: a= 20 (mm).
b= 2 (mm).


Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

18
II. VÍT ĐẦU NỐI:
Đầu nối dùng để nối dây dẫn mạch ngoài với thanh dẫn tĩnh. Nó là một
phần tử quan trọng trong hệ thống mạch vòng. Nếu không đảm bảo rất dễ bị
hư hỏng trong quá trình vận hành.
II.1 YÊU CẦU ĐỐI VỚI ĐẦU NỐI:
Nhiệt độ các mối nối ở chế độ làm việc dài hạn với dòng điện định mức
không vượt quá trị số cho phép. Do đó mối nối phải có kích thước và lực ép
tiếp xúc (F
tx
) đủ để điện trở tiếp xúc (R
tx
) không lớn ít tổn hao công suất.
Mối nối tiếp xúc cần có đủ độ bền cơ, bền điện và độ bền nhiệt khi dòng
ngắn mạch chạy qua.
Lực ép điện trở tiếp xúc, năng lượng tổn hao và nhiệt độ phát nóng phải
ổn định khi công tắc tơ vận hành.

II.2 CHỌN DẠNH KẾT CẤU MỐI NỐI:

Căn cứ vào ứng dụng của công tắc tơ với dòng định mức I
đm
= 60(A)
ta chọn kiểu mối nối tháo rời ren sử dụng vít M
6x15
tra bảng(2-3)- quyển 1 và
kiểu mối nối như hình sau:



Trong đó: 1: Vít M
6x15

2: Long đen.
3: Thanh dẫn đầu ra.
4: Thanh dẫn tĩnh.
II.3 TÍNH TOÁN ĐẦU NỐI:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

19
1. Diện tích bề mặt tiếp xúc được xác định theo công thức:
S
tx
=
I
®m
J

(mm
2
).
Theo kinh nghiệm thiết kế và tham khảo tài liệu hướng dẫn với dòng điện
định mức I
đm
= 60 (A) đối với thanh dẫn bằng đồng mật độ dòng điện có thể
lấy bằng 0,31 (A/mm
2
) tại chỗ tiếp xúc với dòng xoay chiều có tần số 50 Hz.
Vậy S
tx
=
31,0
60
= 193,5 (mm
2
).
2. Lực ép tiếp xúc được tính theo công thức:
F
tx
= f
tx
.S
tx
(kg).
Trong đó: S
tx
= 193,5 (mm
2

): Diện tích tiếp xúc
f
tx
: Lực ép tiếp xúc riêng trên mối nối thanh đồng.
Theo quyển 1- trang 33 ta có : f
tx
= (100÷150) (kg/cm
2
).
Chọn f
tx
= 115 (kg/cm
2
).
Vậy ta có lực ép tiếp xúc :
F
tx
= 110.193,5.10
-2
= 222,52 (kg) = 2225,2 (N)
So sánh với lực ép cho phép F
tx
= 2,225 (KN) < 2,3 (KN) là phù hợp.
3. Điện trở tiếp xúc:
Theo công thức (2 – 25)– quyển 1 ta có:
R
tx
=
[]
tx

m
tx
k
0,102.F
(Ω)
Trong đó:
k
tx
: hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu.
Theo trang 59-quyển 1 ta có: k
tx
= (0,09÷0,14).10
-3
(Ωkg)
m : là hệ số phụ thuộc hình thức tiếp xúc.
Vì hai thanh dẫn ghép có vít, cho nên ở đây tiếp xúc là tiếp xúc mặt nên theo
trang 59 – quyển 1 ta có : m = 1.
Nên điện trở tiếp xúc :
R
tx
=
[]
5,222.102,0
10.12,0
3
= 0,005.10
-3
(Ω).
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

20
4. Điện áp tiếp xúc mối nối :
Theo công thức (2 – 27)– quyển 1:
U
tx
= R
tx
.I
đm
(V)
Trong đó: I
đm
= 60 (A): Dòng điện định mức.
R
tx
= 0,005 (Ω).
U
tx
= 0.005.10
-3
. 60 = 0,30.10
-3
(V) = 0,30 (mV).
So sánh với [U
tx
] = (2 ÷ 30) (mV) là phù hợp.
III. TIẾP ĐIỂM:
Tiếp điểm thực hiện chức năng đóng ngắt mạch điện. Vì vậy kết cấu và
thông số của tiếp điểm có ảnh hưởng đến kết cấu và kích thước toàn bộ công
tắc tơ, tuổi thọ của công tắc tơ.

III.1 YÊU CẦU CỦA TIẾP ĐIỂM :
Khi công tắc tơ làm việc ở chế độ định mức nhiệt độ bề mặt nơi không
tiếp xúc phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép.
Với dòng điện lớn cho phép tiếp điểm phải chịu được độ bền nhiệt và
độ bền điện động.
Khi làm việc với dòng định mức và đóng ngắt dòng điện giới hạn cho
phép tiếp
điểm phải có độ mòn điện và cơ bé nhất, độ rung của tiếp điểm
không được lớn hơn trị số cho phép.
III.2 CHỌN KẾT CẤU VÀ VẬT LIỆU TIẾP ĐIỂM :
Qua tham khảo tài liệu và với dòng điện định mức I
đm
= 60 (A) ta chọn
dạng kết cấu tiếp điểm là : tiếp xúc điểm kiểu trụ cầu- trụ cầu ( theo trang 37-
quyển 1).
Vật liệu tiếp điểm cần có độ bền cơ cao dẫn điện và dẫn nhiệt tốt với
dòng I
đm
= 60 (A ) theo bảng (2-13)- quyển 1 : Ta chọn vật liệu làm tiếp điểm
là kim loại gốm : Ag-Niken than chì.
Ký hiệu : KMK- A32M.
Loại kim loại gốm rất tốt có khả năng đáp ứng nhu cầu cho tiếp điểm có độ
cứng cao, điện trở suất nhỏ và ổn định khi làm việc ở chế độ dài hạn.
Các thông số kĩ thuật của KMK – A32M.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

21
γ = 8,7 (g/cm
3
) : Khối lượng riêng.

θ
nc
= 3403 (
o
C) : Nhiệt độ nóng chảy
ρ
20
= 4,0.10
-5
(Ωmm) : Điện trở suất ở 20
o
C
λ = 3,25 (W/cm
o
C) : Độ dẫn nhiệt.
H
B
= (65 ÷ 85) (kg/mm
2
) : Độ cứng Brinen
Chọn H
B
= 75 (kg/mm
2
)
α = 3,5.10
-3
(1/
o
C) : Hệ số nhiệt điện trở.

III.3 TÍNH TOÁN TIẾP ĐIỂM:
1. Chọn kích thước cơ bản:
Kết cấu của tiếp điểm như đã nói ở trên có hình dạng trụ cầu. Kích
thước ta chọn phù thuộc giá trị định mức, kết cấu tiếp điểm và số lần đóng
ngắt.
Theo bảng (2-15)- quyển 1 với dòng I
đm
= 60 (A) ta có:
d= 12
÷16 (mm).
h= 1,4
÷2,5 (mm).
Chọn kích thước của tiếp điểm động:
a
đ
= 14 (mm).
b
đ
= 2 (mm).
Ta chọn kích thước của tiếp điểm tĩnh lớn hơn so với tiếp điểm động:
a
t
= 16 (mm).
b
t
= 2,5 (mm).

2. Lực ép tiếp điểm tại chỗ tiếp xúc:
d
h

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

22
Lực ép tiếp điểm đảm bảo cho tiếp điểm làm việc bình thường ở chế độ
dài han. Trong chế độ ngắn mạch dòng điện lớn lực ép tiếp điểm phải đảm
bảo cho tiếp điểm không bị đẩy ra do lực điện động và không bị hàn dính do
hồ quang khi tiếp điểm bị đẩy và rung.
Lực ép tiếp điểm
được xác định theo công thức lý thuyết và công thức thực
nghiệm
a
. Theo công thức lý thuyết:
Từ công thức (2- 14)- quyển 1 ta có:
F
tđ
=
)]
T
T
[arccos(
1
.
.16
H A
.I
2
tx
td

2
B
2
λ
π

Mà F
tđ
= n. F
tđ1

Với n là số điểm tiếp xúc.
Theo trang 53- quyển 1 ta có n=1 vì tiếp điểm động và tiếp điểm chính có
dạng trụ cầu nên tiếp xúc ở đây là tiếp xúc điểm. Nên lực ép tiếp điểm:
F
tđ
= F
tđ1

Trong đó:
I
đm
= 60 (A) – Dòng điện định mức.
H
B
= 75 (kg/mm
2
) Độ cứng Briven vật liệu làm tiếp điểm.
λ = 0,325 (W/cm
o

C) - Độ dẫn nhiệt
A = 2,3. 10
-8
(V/
o
C) – Hằng số Loren.
Theo trang 53 quyển 1 ta có:
T
tđ
= θ
tđ
+ 273(
o
K) = 54,68 + 273 = 327,68 (
o
K)
T
tx
: Nhiệt độ nơi tiếp xúc.
T
tx
= T
tđ
+ ΔT.
ΔT = (5 ÷ 10) (
o
K) : Độ chênh nhiệt ở chỗ tiếp xúc và xa nơi tiếp xúc.
Chọn
ΔT = 5 (
o

K )
T
tx
= 327,1 + 5 = 332,1 (
o
K)
Ta có lực ép tại một điểm tiếp xúc :
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

23
F
tđ1
=
2
2
82
)]
68,332
68,327
(arccos[
1
.
)325,0(.16
75.14,3.10.3,2.60
-
= 0,0012(kg).
F
tđ1
= 0,012 (N).
Vậy lực ép tiếp điểm F

tđ
= 1.F
tđ1
= 0,012 (N).
b. Phương pháp kinh nghiệm:
Theo công thức (2 – 17)- quyển 1 ta có:
F
tđ
= f
tđ
. I
đm
.
Trong đó:
f
tđ
: lực tiếp điểm đơn vị.
Theo bảng (2 – 17)- quyển 1 ta có : f
tđ
= (7 ÷ 15) (G/A)
Chọn f
tđ
= 10 (G/A).
I
đm
= 60 (A): dòng điện định mức.
Nên ta có lực ép tiếp điểm: F
tđ1
= 10. 60 = 0,6 (KG) = 6 (N).
So sánh hai kết quả lý thuyết và thực nghiệm: khi dòng điện nhỏ cần có

dự trữ lực, còn khi có dòng điện lớn cần tăng lực để đảm bảo độ ổn định điện
động và ổn định nhiệt của tiếp điểm. Vì vậy ta chọn lực tiếp điểm F
tđ
= 6(N).

3. Tính điện trở tiếp xúc:
Để tính điện trở tiếp xúc ta có hai phương pháp: tính theo lý thuyết và
theo thực ngiệm.

a.Tính theo lý thuyết.
Theo công thức (2 – 24)- quyển 1:
R
tx
=
2
θ
ρ
.
πH
B
F
t®
(Ω).
Trong đó:

ρ
θ
: điện trở suất vật dẫn ở nhiệt độ ổn định.
Với:
ρ

θ
= ρ
20
.[ 1+ α. (95- 20)].
Trong đó:

ρ
20
= 4.10
-5
(Ωmm): điện trở suất của vật liệu làm tiếp điểm ở 20
0
C.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế công tắc tơ điện xoay chiều 3 pha

24
α = 3,5.10
-3
(1/
0
C): hệ số nhiệt điện trở.
Nên ta có:
ρ
θ
= 4.10
-5
. [ 1+ 3,5. 10
-3
. (95-20)] = 0,05. 10
-3

(Ωmm).
H
B
= 75 (kg/mm
2
).
F
tđ
= 6 (N).
Vậy ta có điện trở tiếp xúc:
Vậy R
tx
=
6
75.14,3
.
2
10.05,0
3-
= 0,15.10
-3
(Ω).
b.
Tính theo kinh nghiệm:
Theo công thức (2 – 25)- quyển 1:
R
tx
=
tx
m

t®
K
(0.102.F )
(
Ω).
Trong đó: k
tx
: hệ số kể đến sự ảnh hưởng của vật liệu.
Theo trang 56- quyển 1 ta có: k
tx
= (0,2÷0,3). 10
-3

Chọn k
tx
= 0,25. 10
-3

m= 0,5: hệ số dạng bề mặt tiếp xúc (vì tiếp xúc giữa hai tiếp điểm là
tiếp xúc điểm).

F
tđ
= 6 (N) – Lực ép tiếp điểm.
Vậy ta có điện trở tiếp điểm:
R
tx
=
5,0
3

]6.102,0[
10.25,0
-
= 0,32. 10
-3
(Ω).
Để thoả mãn cho việc tính toán điện áp rơi ta chọn: R
tx
= 0,32. 10
-3
(Ω).
4. Tính điện áp rơi trên điện áp tiếp xúc:
Theo công thức (2 – 27)– quyển 1 ta có:
U
tx
= R
tx
. I
đm
(V).
Trong đó: I = I
đm
= 60 (A).
R
tx
= 0,32. 10
-3
(Ω).
Vậy điện áp tiếp xúc: U
tx

= 60. 0,32. 10
-3
= 19,2. 10
-3
(V) = 19,2 (mV).
So sánh với [U
tx
] = (2 ÷ 30) (mV) là phù hợp.
5. Tính nhiệt độ tiếp điểm:
Theo công thức (2 – 11)– quyển 1: